電力電纜故障預定位（粗測）測試方法及工作原理
電纜故障測試的粗定位原理上主要分為：直流測距法和時域反射法。
直流測距法又分為：電阻（電壓）比較法和電橋法兩種。
時域反射法根據(jù)采樣方式的不同又分為：三次脈沖法、二次脈沖法、電流取樣法、電阻（電壓取樣法）。
一、 電阻（電壓）比較法：
接線圖如下，在測試端的芯線和外護套上接毫伏表（萬用表毫伏檔），表筆直接與芯線和外護套接緊，不要接到儀器輸出線的夾子上，避免接觸電阻影響毫伏表的測量結果；儀器設置在連續(xù)輸出檔，調整輸出電壓，使輸出電流達到A1（整數(shù)如100.0mA），這時讀取毫伏表上的讀數(shù)V，由于電壓表輸入電阻很高，因此，流經(jīng)項線的電流很小，可以認為毫伏表的電位測量端到故障點的電位，因此，該讀數(shù)即為測量端到故障點兩點的電位差V1。再將儀器移到電纜的另一側（末端）進行測量，讓輸出電流值與始端測量時的數(shù)值一致，這時毫伏表的讀數(shù)為V2；
故障點距離始端的距離Lx=（V1×L）/（V1＋V2）；
也可以用比例來表示故障點的距離（V1×100）/（V1＋V2）；
采用這種預定位的本公司的代表產品主要有“電纜外護套故障測試儀”
電橋法原理如下:將被測電纜故障相與非故障相短接,電橋兩臂分別接故障相與非故障相,調節(jié)電橋兩臂上的一個可調電阻器,使電橋平衡,利用比例關系和已知的電纜長度就能得出故障距離。
顯然 L1/L2=R1/R2
接入電橋后構成如下電路 r1/r2=R1/R2 L1/L2
平衡后有 L1/L=r1/r0=P‰（千分之P）P為刻度盤讀數(shù)。
因此L1=P‰·L
采用這種預定位的本公司的代表產品主要有“電線電纜高阻故障定位儀（高壓電橋法）”
直流測距法的主要缺陷有：需要電纜全長數(shù)據(jù)，通過步行估計；需要在另一端短接電纜；開路故障不能定位。多點故障的無法測試。
三、低壓脈沖反射法原理：
適用于低阻( 低于10倍波阻抗) 、接地及開路故障，并可以測試電纜的全長和電波在電纜中的傳播速度。當電纜發(fā)生低阻或接地故障時，故障點處的等效阻抗應為故障電阻與電纜特性阻抗的并聯(lián)，故障電阻越小，反射波形越明顯。當故障電阻為零時為全反射。由于測試端等效阻抗( 測試儀器的輸入阻抗) 大于電纜特性阻抗，所以在測試端產生同極性反射脈沖。而在低阻或接地故障處，由于故障電阻小于電纜特性阻抗，所以入射脈沖到達到故障點后產生反極性脈沖，并傳輸?shù)綔y試端，接收到的反極性脈沖的下降沿就對應故障點的反射波。根據(jù)脈沖入射到返回所經(jīng)過的時間ΔT和電波在電纜中的傳播速度V，可以計算出傳播路徑的長度，進而得到測試點到故障點的距離S，具體計算公式為：S = 1/2(ΔT ×S)
通過反射脈沖的極性可以判斷故障的性質。對于開路故障發(fā)射脈沖與反射脈沖同極性；而對于短路或低阻故障發(fā)射脈沖與反射脈沖反極性。當電纜發(fā)生開路故障時，故障等效阻抗為故障電阻與電纜特性阻抗的串聯(lián)，開路即相當于故障電阻為無窮大，這種情況入射脈沖將形成全反射，在測試端產生同極性反射脈沖，接收到同極性的脈沖的上升沿與故障點的反射波形對應。電纜接頭處的特性阻抗通常會變大，在此處反射波和入射波同極性。而“T型頭”接頭處的等效阻抗較電纜特性阻抗小，所以在此處反射波和入射波極性相反。
電纜的高阻故障由于故障點的電阻較大（大于10倍的電纜波阻抗），低壓脈沖在故障點沒有明顯的反射。故不能用低壓脈沖法來測量，而只能由高壓設備發(fā)出高壓信號（沖閃時發(fā)出脈沖高壓），使故障點產生閃絡性放電，從而發(fā)生電壓突跳。這個突跳電壓在故障點和測試端之間來回反射，根據(jù)每一次往返所經(jīng)歷的時間和電波傳播速度，同樣用上面的公式計算出故障點的距離。低壓脈沖法由儀器內部產生觸發(fā)，而閃絡法則由外部高壓產生觸發(fā)。此現(xiàn)象可以在不同情況下按采樣鍵得到反映，在低壓脈沖時按采樣波形馬上顯示出來，而高壓閃絡時按采樣鍵波形并不馬上反映出來，而是等外部高壓觸發(fā)打火后才顯示出來。此種代表性儀器為本公司生產的：電纜故障測試儀。
五、二次脈沖法：
二次脈沖法在電纜故障定位中的應用的工作原理如下圖所示。首先使用一定電壓等級、一定能量的高壓脈沖在電纜的測試端施加給故障電纜，讓電纜的高阻故障點發(fā)生擊穿燃弧。同時，在測試端加入測量用的低壓脈沖，測量脈沖到達電纜的高阻故障點時，遇到電弧，在電弧的表面發(fā)生反射。由于燃弧時，高阻故障變成了瞬間的短路故障，低壓測量脈沖將發(fā)生明顯的阻抗特征變化，使得閃絡測量的波形變?yōu)榈蛪好}沖短路波形，使得波形判別特別簡單清晰。這就是我們稱之為的“二次脈沖法”。接收到的低壓脈沖反射波形相當于一個線芯對地完全短路的波形。將釋放高壓脈沖時與未釋放高壓脈沖時所得到的低壓脈沖波形進行疊加，2個波形會有一個發(fā)散點，這發(fā)散點就是故障點的反射波形點。這種方法把低壓脈沖法和高壓閃絡技術結合在一起，使測試人員更容易判斷出故障點的位置。與傳統(tǒng)的測試方法相比,二次脈沖法的先進之處，是將沖擊高壓閃絡法中的復雜波形簡化為最簡單的低壓脈沖短路故障波形，所以判讀極為簡單，可準確標定故障距離。
由于二次脈沖法固有的弊?。喝蓟r間短、燃弧不容易穩(wěn)定，現(xiàn)場測試時要通過多次實測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形，故障點發(fā)生在電纜始端或近始端，波形稍復雜一些，精確讀數(shù)會引入一定誤差。由于故障電纜的故障點被電弧回路，使芯線上存在幅度很大的衰減余弦振蕩波和故障點擊穿時在故障點和測試端來回反射的脈沖波。在余弦振蕩期間所有的脈沖波形均視為干擾信號，無法實施低壓脈沖法測試。只有在余弦振蕩結束后芯線上電壓趨于平穩(wěn)，而且在故障點電弧仍然存在期間才能進行低壓脈沖測量。也就是說要避開大振蕩周期?，F(xiàn)場測試時要通過多次實測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形。所以，研制二次脈沖法的科研人員在此基礎上又在采樣軟件上進行了改進，再同一燃弧期間發(fā)送多個低壓脈沖，同時采集出多個二次脈沖波形同時顯示在屏幕上，以供操作人員進行選擇，試圖解決二次脈沖法固有的操作復雜、難以同步等問題。但由于其原理的局限性，只是對其“二次脈沖法”有所改進，無法從根本上解決二次脈沖法的局限性的問題，同時進一步造成了操作人員使用儀器的復雜性。
七、三次脈沖法：
三次脈沖法是二次脈沖法的升級。其方法是首先在不擊穿被測電纜故障點的情況下，測得低壓脈沖的反射波形，緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點產生電弧，在電弧電壓降到一定值時觸發(fā)中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間。之后再發(fā)出低壓脈沖，從而得到故障點的反射波形，兩條波形疊加后同樣可以發(fā)現(xiàn)發(fā)散點就是故障點對應的位置。由于采用了中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間，它比二次脈沖法更容易得到故障點波形。相對于二次脈沖法由于三次脈沖法不用選擇燃弧的同步時長，操作起來也更加簡便。三次脈沖代表性儀器為：三級多次電纜故障測試儀。
直流測距法又分為：電阻（電壓）比較法和電橋法兩種。
時域反射法根據(jù)采樣方式的不同又分為：三次脈沖法、二次脈沖法、電流取樣法、電阻（電壓取樣法）。
一、 電阻（電壓）比較法：
接線圖如下，在測試端的芯線和外護套上接毫伏表（萬用表毫伏檔），表筆直接與芯線和外護套接緊，不要接到儀器輸出線的夾子上，避免接觸電阻影響毫伏表的測量結果；儀器設置在連續(xù)輸出檔，調整輸出電壓，使輸出電流達到A1（整數(shù)如100.0mA），這時讀取毫伏表上的讀數(shù)V，由于電壓表輸入電阻很高，因此，流經(jīng)項線的電流很小，可以認為毫伏表的電位測量端到故障點的電位，因此，該讀數(shù)即為測量端到故障點兩點的電位差V1。再將儀器移到電纜的另一側（末端）進行測量，讓輸出電流值與始端測量時的數(shù)值一致，這時毫伏表的讀數(shù)為V2；
故障點距離始端的距離Lx=（V1×L）/（V1＋V2）；
也可以用比例來表示故障點的距離（V1×100）/（V1＋V2）；
采用這種預定位的本公司的代表產品主要有“電纜外護套故障測試儀”
電橋法原理如下:將被測電纜故障相與非故障相短接,電橋兩臂分別接故障相與非故障相,調節(jié)電橋兩臂上的一個可調電阻器,使電橋平衡,利用比例關系和已知的電纜長度就能得出故障距離。
顯然 L1/L2=R1/R2
接入電橋后構成如下電路 r1/r2=R1/R2 L1/L2
平衡后有 L1/L=r1/r0=P‰（千分之P）P為刻度盤讀數(shù)。
因此L1=P‰·L
采用這種預定位的本公司的代表產品主要有“電線電纜高阻故障定位儀（高壓電橋法）”
直流測距法的主要缺陷有：需要電纜全長數(shù)據(jù)，通過步行估計；需要在另一端短接電纜；開路故障不能定位。多點故障的無法測試。
三、低壓脈沖反射法原理：
適用于低阻( 低于10倍波阻抗) 、接地及開路故障，并可以測試電纜的全長和電波在電纜中的傳播速度。當電纜發(fā)生低阻或接地故障時，故障點處的等效阻抗應為故障電阻與電纜特性阻抗的并聯(lián)，故障電阻越小，反射波形越明顯。當故障電阻為零時為全反射。由于測試端等效阻抗( 測試儀器的輸入阻抗) 大于電纜特性阻抗，所以在測試端產生同極性反射脈沖。而在低阻或接地故障處，由于故障電阻小于電纜特性阻抗，所以入射脈沖到達到故障點后產生反極性脈沖，并傳輸?shù)綔y試端，接收到的反極性脈沖的下降沿就對應故障點的反射波。根據(jù)脈沖入射到返回所經(jīng)過的時間ΔT和電波在電纜中的傳播速度V，可以計算出傳播路徑的長度，進而得到測試點到故障點的距離S，具體計算公式為：S = 1/2(ΔT ×S)
通過反射脈沖的極性可以判斷故障的性質。對于開路故障發(fā)射脈沖與反射脈沖同極性；而對于短路或低阻故障發(fā)射脈沖與反射脈沖反極性。當電纜發(fā)生開路故障時，故障等效阻抗為故障電阻與電纜特性阻抗的串聯(lián)，開路即相當于故障電阻為無窮大，這種情況入射脈沖將形成全反射，在測試端產生同極性反射脈沖，接收到同極性的脈沖的上升沿與故障點的反射波形對應。電纜接頭處的特性阻抗通常會變大，在此處反射波和入射波同極性。而“T型頭”接頭處的等效阻抗較電纜特性阻抗小，所以在此處反射波和入射波極性相反。
電纜的高阻故障由于故障點的電阻較大（大于10倍的電纜波阻抗），低壓脈沖在故障點沒有明顯的反射。故不能用低壓脈沖法來測量，而只能由高壓設備發(fā)出高壓信號（沖閃時發(fā)出脈沖高壓），使故障點產生閃絡性放電，從而發(fā)生電壓突跳。這個突跳電壓在故障點和測試端之間來回反射，根據(jù)每一次往返所經(jīng)歷的時間和電波傳播速度，同樣用上面的公式計算出故障點的距離。低壓脈沖法由儀器內部產生觸發(fā)，而閃絡法則由外部高壓產生觸發(fā)。此現(xiàn)象可以在不同情況下按采樣鍵得到反映，在低壓脈沖時按采樣波形馬上顯示出來，而高壓閃絡時按采樣鍵波形并不馬上反映出來，而是等外部高壓觸發(fā)打火后才顯示出來。此種代表性儀器為本公司生產的：電纜故障測試儀。
五、二次脈沖法：
二次脈沖法在電纜故障定位中的應用的工作原理如下圖所示。首先使用一定電壓等級、一定能量的高壓脈沖在電纜的測試端施加給故障電纜，讓電纜的高阻故障點發(fā)生擊穿燃弧。同時，在測試端加入測量用的低壓脈沖，測量脈沖到達電纜的高阻故障點時，遇到電弧，在電弧的表面發(fā)生反射。由于燃弧時，高阻故障變成了瞬間的短路故障，低壓測量脈沖將發(fā)生明顯的阻抗特征變化，使得閃絡測量的波形變?yōu)榈蛪好}沖短路波形，使得波形判別特別簡單清晰。這就是我們稱之為的“二次脈沖法”。接收到的低壓脈沖反射波形相當于一個線芯對地完全短路的波形。將釋放高壓脈沖時與未釋放高壓脈沖時所得到的低壓脈沖波形進行疊加，2個波形會有一個發(fā)散點，這發(fā)散點就是故障點的反射波形點。這種方法把低壓脈沖法和高壓閃絡技術結合在一起，使測試人員更容易判斷出故障點的位置。與傳統(tǒng)的測試方法相比,二次脈沖法的先進之處，是將沖擊高壓閃絡法中的復雜波形簡化為最簡單的低壓脈沖短路故障波形，所以判讀極為簡單，可準確標定故障距離。
由于二次脈沖法固有的弊?。喝蓟r間短、燃弧不容易穩(wěn)定，現(xiàn)場測試時要通過多次實測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形，故障點發(fā)生在電纜始端或近始端，波形稍復雜一些，精確讀數(shù)會引入一定誤差。由于故障電纜的故障點被電弧回路，使芯線上存在幅度很大的衰減余弦振蕩波和故障點擊穿時在故障點和測試端來回反射的脈沖波。在余弦振蕩期間所有的脈沖波形均視為干擾信號，無法實施低壓脈沖法測試。只有在余弦振蕩結束后芯線上電壓趨于平穩(wěn)，而且在故障點電弧仍然存在期間才能進行低壓脈沖測量。也就是說要避開大振蕩周期?，F(xiàn)場測試時要通過多次實測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形。所以，研制二次脈沖法的科研人員在此基礎上又在采樣軟件上進行了改進，再同一燃弧期間發(fā)送多個低壓脈沖，同時采集出多個二次脈沖波形同時顯示在屏幕上，以供操作人員進行選擇，試圖解決二次脈沖法固有的操作復雜、難以同步等問題。但由于其原理的局限性，只是對其“二次脈沖法”有所改進，無法從根本上解決二次脈沖法的局限性的問題，同時進一步造成了操作人員使用儀器的復雜性。
七、三次脈沖法：
三次脈沖法是二次脈沖法的升級。其方法是首先在不擊穿被測電纜故障點的情況下，測得低壓脈沖的反射波形，緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點產生電弧，在電弧電壓降到一定值時觸發(fā)中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間。之后再發(fā)出低壓脈沖，從而得到故障點的反射波形，兩條波形疊加后同樣可以發(fā)現(xiàn)發(fā)散點就是故障點對應的位置。由于采用了中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間，它比二次脈沖法更容易得到故障點波形。相對于二次脈沖法由于三次脈沖法不用選擇燃弧的同步時長，操作起來也更加簡便。三次脈沖代表性儀器為：三級多次電纜故障測試儀。
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